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实现自己的http server

2014年2月15日

实现自己的http server

Write your own http server

author : Kevin Lynx

Why write your own?

    看这个问题的人证明你知道什么是http server,世界上有很多各种规模的http server,为什么要自己实现一个?其实没什么
理由。我自己问自己,感觉就是在自己娱乐自己,或者说只是练习下网络编程,或者是因为某日我看到某个库宣称自己附带一个小
型的http server时,我不知道是什么东西,于是就想自己去实现一个。

What’s httpd ?

    httpd就是http daemon,这个是类unix系统上的名称,也就是http server。httpd遵循HTTP协议,响应HTTP客户端的request,
然后返回response。
    那么,什么是HTTP协议?最简单的例子,就是你的浏览器与网页服务器之间使用的应用层协议。虽然官方文档说HTTP协议可以
建立在任何可靠传输的协议之上,但是就我们所见到的,HTTP还是建立在TCP之上的。
    httpd最简单的response是返回静态的HTML页面。在这里我们的目标也只是一个响应静态网页的httpd而已(也许你愿意加入CGI
特性)。

More details about HTTP protocol

    在这里有必要讲解HTTP协议的更多细节,因为我们的httpd就是要去解析这个协议。
    关于HTTP协议的详细文档,可以参看rfc2616。但事实上对于实现一个简单的响应静态网页的httpd来说,完全没必要读这么一
分冗长的文档。在这里我推荐<HTTP Made Really Easy>,以下内容基本取自于本文档。

– HTTP协议结构
  HTTP协议无论是请求报文(request message)还是回应报文(response message)都分为四部分:
  * 报文头 (initial line )
  * 0个或多个header line
  * 空行(作为header lines的结束)
  * 可选body
  HTTP协议是基于行的协议,每一行以\r\n作为分隔符。报文头通常表明报文的类型(例如请求类型),报文头只占一行;header line
  附带一些特殊信息,每一个header line占一行,其格式为name:value,即以分号作为分隔;空行也就是一个\r\n;可选body通常
  包含数据,例如服务器返回的某个静态HTML文件的内容。举个例子,以下是一个很常见的请求报文,你可以截获浏览器发送的数据
  包而获得:

    1  GET /index.html HTTP/1.1
    2  Accept-Language: zh-cn
    3  Accept-Encoding: gzip, deflate
    4  User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1; .NET CLR 2.0.50727; MAXTHON 2.0)
    5  Host: localhost
    6  Connection: Keep-Alive
    7
  我为每一行都添加了行号,第1行就是initial line,2-6行是header lines,7行是一个header line的结束符,没有显示出来。
  以下是一个回应报文:
    1  HTTP/1.1 200 OK
    2  Server: klhttpd/0.1.0
    3  Content-Type: text/html
    4  Content-Length: 67
    5
    6  <head><head><title>index.html</title></head><body>index.html</body>
  第6行就是可选的body,这里是index.html这个文件的内容。

– HTTP request method
  因为我们做的事服务器端,所以我们重点对请求报文做说明。首先看initial line,该行包含几个字段,每个字段用空格分开,例
  如以上的GET /index.html HTTP/1.1就可以分为三部分:GET、/index.html、HTTP/1.1。其中第一个字段GET就是所谓的request
  method。它表明请求类型,HTTP有很多method,例如:GET、POST、HEAD等。

  就我们的目标而言,我们只需要实现对GET和HEAD做响应即可。

  GET是最普遍的method,表示请求一个资源。什么是资源?诸如HTML网页、图片、声音文件等都是资源。顺便提一句,HTTP协议
  中为每一个资源设置一个唯一的标识符,就是所谓的URI(更宽泛的URL)。
  HEAD与GET一样,不过它不请求资源内容,而是请求资源信息,例如文件长度等信息。

– More detail
  继续说说initial line后面的内容:
  对应于GET和HEAD两个method,紧接着的字段就是资源名,其实从这里可以看出,也就是文件名(相对于你服务器的资源目录),例
  如这里的/index.html;最后一个字段表明HTTP协议版本号。目前我们只需要支持HTTP1.1和1.0,没有多大的技术差别。

  然后是header line。我们并不需要关注每一个header line。我只罗列有用的header line :
  – Host : 对于HTTP1.1而言,请求报文中必须包含此header,如果没有包含,服务器需要返回bad request错误信息。
  – Date : 用于回应报文,用于客户端缓存数据用。
  – Content-Type : 用于回应报文,表示回应资源的文件类型,以MIME形式给出。什么是MIME?它们都有自己的格式,例如:
    text/html, image/jpg, image/gif等。
  – Content-Length : 用于回应报文,表示回应资源的文件长度。

body域很简单,你只需要将一个文件全部读入内存,然后附加到回应报文段后发送即可,即使是二进制数据。

– 回应报文
  之前提到的一个回应报文例子很典型,我们以其为例讲解。首先是initial line,第一个字段表明HTTP协议版本,可以直接以请求
  报文为准(即请求报文版本是多少这里就是多少);第二个字段是一个status code,也就是回应状态,相当于请求结果,请求结果
  被HTTP官方事先定义,例如200表示成功、404表示资源不存在等;最后一个字段为status code的可读字符串,你随便给吧。

  回应报文中最好跟上Content-Type、Content-Length等header。

具体实现
    正式写代码之前我希望你能明白HTTP协议的这种请求/回应模式,即客户端发出一个请求,然后服务器端回应该请求。然后继续
这个过程(HTTP1.1是长连接模式,而HTTP1.0是短连接,当服务器端返回第一个请求时,连接就断开了)。
    这里,我们无论客户端,例如浏览器,发出什么样的请求,请求什么资源,我们都回应相同的数据:

/* 阻塞地接受一个客户端连接 */
        SOCKET con = accept( s, 0, 0 ); 
/* recv request */
char request[1024] = { 0 };
        ret = recv( con, request, sizeof( request ), 0 );
        printf( request );
/* whatever we recv, we send 200 response */
{
char content[] = "<head><head><title>index.html</title></head><body>index.html</body>";
char response[512];
            sprintf( response, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\nContent-Length: %d\r\n\r\n%s", strlen( content ), content );
            ret = send( con, response, strlen( response ), 0 );
        }
        closesocket( con );

    程序以最简单的阻塞模式运行,我们可以将重点放在协议的分析上。运行程序,在浏览器里输入http://localhost:8080/index.html
,然后就可以看到浏览器正常显示content中描述的HTML文件。假设程序在8080端口监听。

   现在你基本上明白了整个工作过程,我们可以把代码写得更全面一点,例如根据GET的URI来载入对应的文件然后回应给客户端。
其实这个很简单,只需要从initial line里解析出(很一般的字符串解析)URI字段,然后载入对应的文件即可。例如以下函数:

void http_response( SOCKET con, const char *request )
{
/* get the method */
char *token = strtok( request, " " );
char *uri = strtok( 0, " " );
char file[64];
    sprintf( file, ".%s", uri ); 

{
/* load the file content */
        FILE *fp = fopen( file, "rb" );
if( fp == 0 )
{
/* response 404 status code */
char response[] = "HTTP/1.1 404 NOT FOUND\r\n\r\n";
            send( con, response, strlen( response ), 0 );
        }
else
{
/* response the resource */
/* first, load the file */
int file_size ;
char *content;
char response[1024];
            fseek( fp, 0, SEEK_END );
            file_size = ftell( fp );
            fseek( fp, 0, SEEK_SET );
            content = (char*)malloc( file_size + 1 );
            fread( content, file_size, 1, fp );
            content[file_size] = 0; 

            sprintf( response, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\nContent-Length: %d\r\n\r\n%s", file_size, content );
            send( con, response, strlen( response ), 0 );
            free( content );
        }
    }
}


其他

    要将这个简易的httpd做完善,我们还需要注意很多细节。包括:对不支持的method返回501错误;对于HTTP1.1要求有Host这个
header;为了支持客户端cache,需要添加Date header;支持HEAD请求等。

    相关下载中我提供了一个完整的httpd library,纯C的代码,在其上加上一层资源载入即可实现一个简单的httpd。在这里我将
对代码做简要的说明:
    evbuffer.h/buffer.c : 取自libevent的buffer,用于缓存数据;
    klhttp-internal.h/klhttp-internal.c :主要用于处理/解析HTTP请求,以及创建回应报文;
    klhttp-netbase.h/klhttp-netbase.c :对socket api的一个简要封装,使用select模型;
    klhttp.h/klhttp.c :库的最上层,应用层主要与该层交互,这一层主要集合internal和netbase。
    test_klhttp.c :一个测试例子。

相关下载:
klhttpd
文中相关代码

参考资料:

http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616.html
http://jmarshall.com/easy/http/
http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616-sec9.html

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